本書內(nèi)容包含兩部分：第一部分為電磁場理論，對應新入學碩士研究生的電磁場理論課程內(nèi)容第二部分為電磁場的計算，對應高年級碩士研究生的計算電磁學課程內(nèi)容。碩士研究生階段的電磁場課程教材的理論部分通常較為簡練，內(nèi)容較深，但由于30多年來本科生課程體系的較大改變，碩士研究生的電磁場課程要求與本科生電磁場基礎(chǔ)知識之間有了較大差距，因此作者在本書中比較注重基礎(chǔ)理論，并在內(nèi)容選取上注重工程應用，同時與電磁場的前沿研究有比較密切的結(jié)合。本書第一部分的內(nèi)容包含基礎(chǔ)理論（如矢量分析、麥克斯韋方程、邊界條件和傳輸線理論）和高級問題（如波變換、疊加原理和分層介質(zhì)球散射）；第二部分討論工程應用電磁場數(shù)值分析中的幾種重要的計算方法，包括有限差分法（特別是時域有限差分法）、有限元法和基于積分方程的矩量法。選擇這三種方法是因為它們代表電磁場數(shù)值分析中的三種基本近似。一旦學生熟悉了這三種方法，就很容易學習其他數(shù)值方法。第二部分還包含了求解積分方程的快速算法及結(jié)合不同數(shù)值方法的混合技術(shù)，利用這些技術(shù)能夠更有效地處理復雜的電磁問題。本書適合作為碩士研究生階段電磁場理論和計算電磁學相關(guān)課程的教材，同時也適合從事需要電磁場理論方面知識的工程技術(shù)人員參考閱讀。
金建銘博士 美國伊利諾伊大學香檳校區(qū)（UIUC）電子與計算機工程的羅遠祉講座教授，電磁學實驗室和計算電磁中心主任。IEEE會士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。與他人合著了Computation of Special Functions，F(xiàn)inite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。被ISI列入論文引用率最高的作者名單。
金建銘博士 美國伊利諾伊大學香檳校區(qū)（UIUC）電子與計算機工程的羅遠祉講座教授，電磁學實驗室和計算電磁中心主任。IEEE會士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。與他人合著了Computation of Special Functions，F(xiàn)inite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。被ISI列入論文引用率最高的作者名單。
第一部分電磁場理論
第1章基本電磁理論
1.1矢量分析
1.1.1矢量算子和積分定理
1.1.2符號矢量法
1.1.3亥姆霍茲定理
1.1.4格林定理
1.2總電荷和總電流表示的麥克斯韋方程組
1.2.1積分形式的麥克斯韋方程組
1.2.2微分形式的麥克斯韋方程組
1.2.3電流連續(xù)性方程
1.2.4洛倫茲力定律
1.3本構(gòu)關(guān)系
1.3.1電極化
1.3.2磁化
1.3.3電傳導
1.3.4媒質(zhì)的分類
1.4自由電荷和自由電流表示的麥克斯韋方程組
1.5邊界條件
1.6能量、功率和坡印亭定理
1.7時諧場
1.7.1時諧場
1.7.2傅里葉變換
1.7.3復功率
1.7.4復介電常數(shù)和復磁導率
原著參考文獻
習題
第2章自由空間中的電磁輻射
2.1標量位和矢量位
2.1.1靜態(tài)場
2.1.2時諧場和洛倫茲規(guī)范
2.2自由空間中矢量位的解
2.2.1δ函數(shù)和格林函數(shù)
2.2.2自由空間格林函數(shù)
2.2.3自由空間中的場-源關(guān)系
2.2.4輔助位函數(shù)的意義
2.2.5自由空間中的并矢格林函數(shù)
2.3自由空間中的電磁輻射
2.3.1無限小電偶極子
2.3.2有限長電偶極子
2.3.3遠場近似和索末菲輻射條件
2.3.4圓形電流環(huán)和磁偶極子
2.4面電流和平面陣列的輻射
2.4.1面電流的輻射
2.4.2平面陣的輻射
原著參考文獻
習題
第3章電磁定理和原理
3.1唯一性定理
3.2鏡像原理
3.2.1鏡像原理
3.2.2無限大半空間中的場-源關(guān)系
3.3互易定理
3.3.1一般形式的互易定理
3.3.2洛倫茲互易定理
3.3.3瑞利-卡森互易定理
3.4等效原理
3.4.1面等效原理
3.4.2等效原理在導體散射問題中的應用
3.4.3等效原理在介質(zhì)體散射中的應用
3.4.4體等效原理
3.5對偶原理
3.6口徑輻射和散射
3.6.1等效問題
3.6.2巴比涅原理
3.6.3互補天線
原著參考文獻
習題
第4章傳輸線和平面波
4.1傳輸線理論
4.1.1傳輸線方程及其解
4.1.2反射和透射
4.1.3格林函數(shù)和特征函數(shù)展開
4.2波動方程及其通解
4.2.1波動方程和分離變量法
4.2.2平面波特性
4.2.3波的速度與衰減
4.2.4線極化、圓極化和橢圓極化
4.2.5電磁波在超材料中的傳播
4.3面電流產(chǎn)生的平面波
4.4反射和透射
4.4.1垂直入射波的反射和透射
4.4.2斜入射時的反射和透射
4.4.3全透射和全反射
4.4.4電磁波入射到左手媒質(zhì)時的透射
4.4.5平面波和傳輸線的相似性
4.5各向異性媒質(zhì)和雙各向同性媒質(zhì)中的平面波
4.5.1單軸媒質(zhì)中的平面波
4.5.2回旋媒質(zhì)中的平面波
4.5.3手征媒質(zhì)中的平面波
原著參考文獻
習題
第5章笛卡兒坐標系中的場與波
5.1均勻波導
5.1.1均勻波導的分析方法
5.1.2波導的一般特性
5.1.3均勻矩形波導
5.1.4波導中的損耗和衰減常數(shù)
5.2均勻諧振腔
5.2.1均勻諧振腔的一般特性
5.2.2矩形諧振腔
5.2.3材料和幾何形狀的微擾
5.3部分填充波導和介質(zhì)板波導
5.3.1一般理論
5.3.2部分填充的矩形波導
5.3.3介質(zhì)覆蓋導電平板波導
5.4波導中場的激勵
5.4.1面電流源激勵
5.4.2體電流源激勵
5.5平面分層媒質(zhì)中的場
5.5.1譜域格林函數(shù)和索末菲恒等式
5.5.2分層媒質(zhì)上方的垂直電偶極子
5.5.3分層媒質(zhì)上方的水平電偶極子
5.5.4接地介質(zhì)板上的電偶極子
原著參考文獻
習題
第6章柱坐標系中的場與波
6.1波動方程的解
6.1.1分離變量法的解
6.1.2柱面波函數(shù)
6.2圓波導、同軸線和圓柱諧振腔
6.2.1圓波導
6.2.2同軸線
6.2.3圓柱諧振腔
6.3圓柱介質(zhì)波導
6.3.1混合模的分析
6.3.2混合模的特性
6.4波變換和散射分析
6.4.1波變換
6.4.2導體圓柱的散射
6.4.3介質(zhì)圓柱的散射
6.4.4多層介質(zhì)圓柱的散射
6.5無限長電流源的輻射
6.5.1線電流在自由空間中的輻射
6.5.2圓柱面電流的輻射
6.5.3導體圓柱存在時的輻射
6.5.4導體劈存在時的輻射
6.5.5有限長電流源的輻射
原著參考文獻
習題
第7章球坐標系中的場與波
7.1波動方程的解
7.1.1分離變量法的解
7.1.2球面波函數(shù)
7.1.3TEr和TMr模式
7.2球形諧振腔
7.3雙錐天線
7.3.1無限長雙錐天線
7.3.2有限長雙錐天線
7.4波變換和散射分析
7.4.1波變換
7.4.2平面波的展開
7.4.3導體球的散射
7.4.4介質(zhì)球的散射
7.4.5多層介質(zhì)球的散射
7.5加法定理和輻射分析
7.5.1球面波函數(shù)的加法定理
7.5.2球面電流的輻射
7.5.3球體存在時的輻射
7.5.4導體錐存在時的輻射
原著參考文獻
習題
第二部分電磁場的計算
第8章有限差分法
8.1有限差分公式
8.2一維問題分析
8.2.1擴散方程的求解
8.2.2波動方程的求解
8.2.3穩(wěn)定性分析
8.2.4數(shù)值色散分析
8.3二維分析
8.3.1時域分析
8.3.2頻域分析
8.4Yee網(wǎng)格
8.4.1二維分析
8.4.2三維分析
8.5吸收邊界條件與理想匹配層
8.5.1一維吸收邊界條件
8.5.2二維吸收邊界條件
8.5.3理想匹配層
8.6色散媒質(zhì)的模擬
8.6.1遞歸卷積法
8.6.2輔助微分方程法
8.7波激勵及遠場計算
8.7.1波激勵的模擬
8.7.2近遠場變換
8.8小結(jié)
原著參考文獻
習題
第9章有限元法
9.1有限元法概述
9.1.1一般原理
9.1.2一維算例
9.2標量場的有限元分析
9.2.1邊值問題
9.2.2有限元公式的建立
9.2.3應用算例
9.3矢量場的有限元分析
9.3.1邊值問題
9.3.2有限元公式的建立
9.3.3應用算例
9.4時域有限元分析
9.4.1邊值問題
9.4.2有限元公式的建立
9.4.3應用算例
9.5時域間斷伽遼金法
9.5.1時域間斷伽遼金法的基本思想
9.5.2中心通量時域間斷伽遼金法
9.5.3迎風通量時域間斷伽遼金法
9.5.4應用算例
9.6吸收邊界條件與理想匹配層
9.6.1二維吸收邊界條件
9.6.2三維吸收邊界條件
9.6.3理想匹配層
9.7數(shù)值計算中的幾個實際問題
9.7.1網(wǎng)格生成
9.7.2矩陣求解方法
9.7.3高階單元
9.7.4曲邊單元
9.7.5自適應有限元分析
9.8小結(jié)
原著參考文獻
習題
第10章矩量法
10.1矩量法概述
10.2二維分析
10.2.1積分方程的建立
10.2.2導電柱體的散射
10.2.3導電條帶的散射
10.2.4均勻介質(zhì)柱體的散射
10.3三維分析
10.3.1積分方程的建立
10.3.2導線的散射和輻射
10.3.3導電物體的散射
10.3.4均勻介質(zhì)體的散射
10.3.5非均勻介質(zhì)體的散射
10.4周期結(jié)構(gòu)的矩量法分析
10.4.1平面周期貼片陣的散射
10.4.2離散旋轉(zhuǎn)體的散射
10.5微帶天線和微帶電路的矩量法分析
10.5.1積分方程的建立
10.5.2矩量法求解
10.5.3格林函數(shù)的計算
10.5.4遠場計算及應用實例
10.6時域矩量法
10.6.1時域積分方程
10.6.2時間步進求解
10.7小結(jié)
原著參考文獻
習題
第11章快速算法和混合技術(shù)
11.1快速算法介紹
11.2共軛梯度-快速傅里葉變換法
11.2.1導電條帶與導線的散射
11.2.2導電平板的散射
11.2.3介質(zhì)體的散射
11.3自適應積分法
11.3.1平面結(jié)構(gòu)的分析
11.3.2三維物體的分析
11.4快速多極子法
11.4.1二維分析
11.4.2三維分析
11.4.3多層快速多極子算法
11.5自適應交叉近似算法
11.5.1低秩矩陣
11.5.2自適應交叉近似
11.5.3矩量法求解中的應用
11.6混合技術(shù)簡介
11.7有限差分與有限元混合方法
11.7.1時域有限元與時域有限差分之間的關(guān)系
11.7.2時域有限元與時域有限差分混合方法
11.7.3應用算例
11.8有限元－邊界積分混合方法
11.8.1常規(guī)公式的建立
11.8.2對稱公式的建立
11.8.3算例
11.9小結(jié)
原著參考文獻
習題
第12章計算電磁學結(jié)束語
12.1計算電磁學概述
12.1.1頻域和時域分析的對比
12.1.2高頻近似技術(shù)
12.1.3第一性原理數(shù)值方法
12.1.4時域仿真方法
12.1.5混合技術(shù)
12.2計算電磁學的應用
12.3計算電磁學的挑戰(zhàn)
原著參考文獻
附錄A 矢量恒等式、積分定理和坐標變換
附錄B 貝塞爾函數(shù)
附錄C 修正貝塞爾函數(shù)
附錄D 球面貝塞爾函數(shù)
附錄E 連帶勒讓德多項式
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